III. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian Tugas Akhir ini akan dilaksanakan pada bulan September 2010 hingga November 2011 di Laboratorium Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung. B. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan untuk penelitian ini terdiri atas beberapa komponen, perangkat kerja dan bahan diantaranya sebagai berikut: Tabel 3. Alat yang dipergunakan No Nama alat Fungsi Sebagai sensor untuk 1 Potensiometer geser menerjemahkan besaran beban kedalam tegangan 2 LCD 16 x 2 Sebagai penampil tulisan timbangan Badan bersuara 3 Optocoupler 4n25 Sebagai saklar penghubung antara mikrokontroler dan mp3 player 4 IC AN 7805 CV IC regulator untuk mendapatkan sumber tegangan sebesar 5 volt 5 Solder Untuk menyatukan komponen dengan cirkuit yang telah dibuat Untuk mengencangkan perangkat, 6 Obeng menanamkan perangkat dalam rangka alat 7 Tang Sebagai Penjepit dalam pembuatan mata penghubung pin-pin yang akan digunakan
36 Tabel 3 lanjutan No Nama alat Fungsi 8 Kabel Sebagai penghubung antar perangkat dan juga sebagai jumper 9 Pembersih solder Untuk membersihkan sisa timah berlebih yang menempel pada cirkuit Tabel 4. Perangkat kerja yang digunakan No Nama perangkat Fungsi 1 Personal computer Sebagai media penulisan laporan dan pembuatan script program Sebagai perangakat yang akan 2 Timbangan analog dimodifikasi dalam rancang bangun timbangan berat badan bersuara ini Sebagai modul chip avr ATMega32, 3 Modul DT-AVR low penghubung satu perangkat ke cost micro system perangkat lain melalui pin-pin pada port yang tersedia 4 Speaker Media penghasil suara 5 Mp3 player Alat penyimpan hasil data rekam 6 Mikrokontroler ATMega32 Project board 8 Downloader avr 9 Multimeter digital suara Sebagai pusat kendali system secara keseluruhan dengan mengatur input dan mengirimkan output pada perangkat selanjutnya Sebagai media simulasi komponen sebelum dipindahkan kedalam cirkuit Digunakan untuk men-download program yang telah dibuat pada personal computer kedalam chip avr ATMega32. digunakan untuk mengukur nilai komponen, men-cek rangkaian Tabel 5. Bahan yang digunakan No Bahan Fungsi 1 Printed circuit board (PCB) 2 Feritclorit Sebagai tempat pelatakan jalur-jalur rangkaian dan memasang komponenkomponen Digunakan untuk melarut rangkaian yang tak diperlukan yang tercetak di pcb
37 Tabel 5 lanjutan No Bahan Fungsi 3 Acrylic Sebagai rangka untuk meletakan pcb 4 Timah Sebagai perekat antara komponen dengan cirkuit yang dibuat pada pcb C. Spesifikasi Alat 1. Timbangan Timbangan yang akan digunakan adalah timbangan pegas dengan spesifikasi sebagai berikut : a. Kapasitas maksimum 15 Kg b. Dimensi 25 x 20 x 30 cm c. Ketelitian 100 gram Asal usul 2. Potensiometer Potensiometer merupakan resistor geser yang berfungsi sebagai sensor yang mengkonversi tekanan kedalam tegangan. Potensiometer yang digunakan berukuran 100 K ohm. 3. Mikrokontroler ATMega32 Berikut ini adalah spesifikasi mikrokontroler ATMega32: a. Resolusi data 8 bit b. RISC arsitektur c. 8 kbyte In System Programmable Flash d. 512 Bytes EEPROM e. 512 Bytes SRAM internal f. 8 channel, 10 bit resolusi ADC g. 4 channel PWM
38 h. 2 timer/counter 8 bit i. 1 timer/counter 16 bit j. Osilator internal yang dikalibrasi k. Internal dan eksternal sumber interrupt 4. MP3 Player MP3 player yang akan digunakan adalah MP3 player andvance V4 dengan fitur : a. Navigasi folder b. Voice recorder c. Internal memory 2 GB d. Layar LCD 1.8 inc e. 3,7 volt DC tegangan input D. Tahap-Tahap Perancangan Tugas Akhir Ada beberapa tahapan yang dilakukan didalam penelitian ini yaitu studi literatur, perancangan alat, pembuatan alat, pengujian alat, dan penulisan laporan penelitian. 1. Studi Literatur Studi literatur dimaksudkan untuk mempelajari berbagai sumber referensi yang berkaitan dengan perancangan dan implementasi alat. 2. Perancangan blok diagram sistem Perancangan blok diagram ini dilakukan dengan tujuan untuk
39 mempermudah realisasi sistem yang akan dibuat. Gambar di bawah ini adalah blok diagram secara umum sistem pembacaan data ke dalam bentuk suara. TIMBANGAN POTENSIOMETER MIKROKONTROLER ATMEGA 32 LCD 6 x 12 SPEAKER MP3 PLAYER OPTOCOUPLER PC817 Gambar 20. Diagram blok sistem Pada blok diagram di atas digambarkan bahwa input data yang diberikan adalah perubahan nilai beban yang diberikan pada timbangan. Perubahan beban ini menimbulkan perubahan nilai resistansi pada potensiometer. Adanya perubahan nilai resistansi mengakibatkan berubah pula nilai tegangan yang dihasilkan oleh potensiometer. Perubahan nilai tegangan pada potensiometer ini berbanding lurus dengan nilai beban yang diberikan pada timbangan Hasil pengukuran akan ditampilkan ke dalam LCD melaui PORTB, Dan PORTC terhubung ke optocoupler yang merupakan saklar bagi MP3 player. Output akhir dari perancangan system ini adalah suara. Suara yang akan dihasilkan terlebih dahulu direkam dan disimpan dalam MP3 player.
40 3. Pengujian blog sistem Pengujian tahap demi tahap sesuai blog sistem perlu dilakukan untuk mengetahui apakah sistem dapat bekerja dengan baik sebagai bagian dari sistem secara keseluruhan. Pengujian ini meliputi pengujian blog sistem timbangan, sensor potensiometer, mikrokontroler ATMega32 dan MP3 player. Setelah sistem ini diuji dan mampu bekerja dengan baik sebagai sebuah sistem yang berdiri sendiri barulah sistem dapat digabungkan menjadi satu. 4. Implementasi rangkaian, dengan tahap-tahap sebagai berikut: a. Memilih rangkaian dari masing-masing blok diagram. b. Menentukan komponen yang digunakan dalam rangkaian. c. Merangkai dan uji coba rangkaian dari masing-masing blok diagram. d. Menggabungkan rangkaian dari setiap blok dalam papan percobaan (project board) dan dilakukan uji coba. e. Membuat program dan kemudian memasukkan program yang telah dibuat ke dalam mikrokontroler (download). f. Merangkai komponen dalam PCB. 5. Pengujian alat Pengujian alat dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan alat yang dibuat. 6. Analisis dan simpulan, serta pembuatan laporan.
41 Dalam tahap ini dilakukan penulisan atas data-data yang diperoleh dari hasil pengujian. Data-data tersebut dianalisa untuk kemudian dilakukan pengambilan simpulan dan saran Mulai A Menentukan rangkaian keseluruhan implementasi software pada rangkaian di project board Membuat blok diagram tidak berhasil Menentukan rangkaian dan komponen ya Realisasi Ke PCB Uji rangkaian perblok diagram Ujicoba keseluruhan tidak berhasil ya Membuat program mikrokontroler Berhasil ya tidak A selesai Gambar 21. Diagram Alir Prosedur Kerja
42 E. Perancangan Sistem Perancangan sistem timbangan badan bersuara ini ini terdiri atas tiga bagian yaitu 1. Rancangan Mekanik. Jenis timbangan yang digunakan adalah jenis timbangan pegas yang dapat menimbang hingga berat maksimal 15 kg, dengan ketelitian pengukuran sebesar 100 gram. Timbangan ini menggunakan dua buah pegas yang berfungsi sebagai penyeimbang atau menentukan jatuhnya titik beban secara terpusat. Penggunaan pegas ini juga adalah untuk mengembalikan posisi awal setimbang nol saat timbangan tidak diberi beban. Timbangan berfungsi sebagai alat pokok dalam sistem ini. Di dalam timbangan ini dipasang sebuah potensiometer geser yang akan mendeteksi pergeseran pegas naik dan turun. Gambar 22. Potensiometer pada timbangan
43 2. Rancangan Instrumentasi elektronik Bagian ini terdiri atas berbagai macam rangkaian diantaranya power supply, skematik variable resistor ke mikrokontroler, rangkaian optocoupler, MP3 player dan skematik rancang bangun timbangan badan secara keseluruhan. 2. a. Power Supply Pada bagian rangkaian ini power supply merupakan bagian yang penting dari semua rangkaian. Power Supply berfungsi untuk memberikan suplai tegangan, khususnya ke IC mikrokontroler ATMega32 dan modul rangkaian lain yang bekerja pada tegangan 4,92 volt DC. Regulator DC ini menggunakan jembatan dioda sebagai penyearah gelombang dari AC ke DC. Transformator yang digunakan adalah transformator jenis CT ( Center Tap), untuk itu IC regulator yang digunakan adalah IC regulator bertipe AN 7805. Berikut merupakan gambar rangkaian dari sistem power supply yang digunakan untuk menghasilkan tegangan keluaran 4,92 volt DC pada sistem. Gambar 23. Rangkaian skematik power supply DC
44 2. b. Liquid Crystal Display LCD 16x2 LCD sebagai penampil data dalam tugas akhir ini digunakan sebagai penampil data tertulis yang menampilkan tulisan timbangan badan bersuara. Gambar 24. Rangkaian skematik LCD 16x2 2. c. Rangkaian Sensor Potensiometer PORTA.0 akan digunakan sebagai input dari potensiometer. Potensiometer bekerja diberi tegangan sebesar 4,92 volt dari supply dan nilai output dari potensiometer akan berubah-ubah sesuai dengan pergeseran poros yang diakibatkan oleh tekanan dari pegas. Bentuk rangkaian yang terhubung ke mikrokontroler sebagai berikut : Gambar 25. Rangkaian Sensor Potensiometer.
45 Dari PORTA.0 melalui proses dalam mikrokontroler dihubungkan ke PORT B yang terhubung dengan LCD dan PORT C yang akan mengendalikan MP3 player. 2. d. Optocoupler Optocoupler dirancang sebagai saklar untuk memicu kerja MP3 player menggantikan tombol-tombol yang tersedia pada MP3 player. Modus pemanggilan data MP3 dilakukan dengan memberi tegangan pada input optocoupler yang bekerja berdasarkan respon cahaya. Optocoupler terdiri atas LED dan transistor. Ketika LED diberi input berupa tegangan maka LED akan menyala dan arus yang masuk diteruskan oleh emitter pada transistor untuk mengaktifkan sklar (rangkaian tertutup). Pengaktifan saklar Optocoupler ini sesuai dengan data yang diberikan oleh mikrokontroller. Gambar 26. Rangkaian skematik mikrokontroller ATMega32 to optocoupler 4n25
46 2. e. Konfigurasi tombol MP3 player MP3 player dicatu dengan supply tegangan sebesar 3,7 volt DC. Control volume maksimal dan tampilan menu berada pada control play list menu data MP3. Dalam mode pengoperasian pemanggilan data rekam suara hanya akan diaktifkan tombol next, previous, play dan stop. Gambar 27 wiring system mp3 player button to optocoupler dan mikrokontroler MP3 player akan diisi data rekaman suara berupa potongan-potongan kata yang nantinya bila digabungkan akan membentuk nilai pengukuran berat lengkap dengan satuannya. Data rekam suara ini dibentuk dalam sebuah play list seperti file mp3 pada umumnya. File data rekam mp3 ini juga mempunyai kesaman
47 bentuk file dengan mp3 karena pada saat proses perekaman suara, suara disimpan dalam format mp3 Terdapat 15 jenis pemenggalan suara yang akan dipergunakan pada tugas akhir ini. Seperti ditampilkan pada table dibawah ini. Tabel 6. Table data rekam suara No Data Rekam Suara 1 Berat badan anda 2 Satu 3 Dua 4 Tiga 5 Empat 6 Lima 7 Enam 8 Tujuh 9 Delapan 10 Sembilan 11 Sepuluh 12 Sebelas 13 Belas 14 Koma 15 Kilogram Pada saat kalibrasi antara timbangan dengan potensiometer, jarak pergeseran knop potensiometer lebih pendek dibandingkan dengan gear yang diputar oleh lempeng besi bergerigi maka potensiometer hanya mampu mengukur sampai beban 10,5 kg. Hal ini menyebabkan ada satu buah data rekam suara yang tidak bisa ditampilkan yaitu rekaman kata belas.
48 2. f Pengendali utama Pada penelitian ini, digunakan modul DT AVR Low Cost Micro System. Modul ini mampu melakukan komunikasi data serial secara UART RS-232 serta pemrograman memori melalui ISP ( In System Programming). Berikut spesifikasi dari DT AVR Low Cost Micro System : 1. Mendukung varian mikrokontroler AVR 40 pin seperti ATmega8535, ATmega8515, AT90S8515, AT90s8535. 2. Memiliki jalur input / output hingga 35 pin. 3. Terdapat Eksternal Brown Out Detector sebagai rangkaian reset. 4. LED programming indicator. 5. Frekuensi Osilator sebesar 4 MHz. 6. Tersedia jalur komunikasi serial UART RS-232 dengan konektor RJ11. 7. Tersedia port untuk pemrograman ISP. 8. Tegangan input power supply 9 12 VDC dan output tegangan 5 VDC. Konfigurasi dari DT AVR Low Cost Micro System dan rangkaian skematik perangkat keras dapat dilihat pada gambar 28 sebagai berikut : Gambar 28. Konfigurasi DT AVR Low Cost Micro System.
49 Sistem pengendali utama yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah mikrokontroler ATMega32. Sebagai pengendali utama mikrokontroler ATMega32 menjadi pusat proses pengolahan dan eksekusi data, mengatur input, mengolah dan menghasilkan output yang dipergunakan bagi sistem selanjutnya. Pada tugas akhir ini mikrokontroler ATMega32 mikro mengendalikan sistem lain melalui port-portnya yang dijabarkan sebagai berikut : a. PORT A0 terhubung ke potensiometer b. PORTB (0,1,2,4,5,6,7) terhubung ke LCD c. PORT C (2,3,4 dan 5) terhubung ke input optocoupler 2.g.Rancangan Skematik System Timbangan Badan Bersuara Timbangan dihubungkan dengan variable resistor dan dicatu dengan tegangan 4,92 volt. Dalam kondisi beban nol Kg tegangan berada pada level 0 volt sehingga system tidak akan bekerja. Tegangan analog dari variable resistor yang terhubung oleh timbangan akan masuk ke Pin A.0 pada mikrokontroller yang telah diset sebagai input ADC. ADC pada mikrokontroller ATMega32 akan mengkonversi menjadi tegangan digital yang akan difungsikan sebagai standar perubahan besaran fisik ke dalam besaran elektrik. Setiap tegangan digital yang dikonversi oleh ADC mikrokontroller ATMega32 mewakili berat beban terukur pada timbangan.
Gambar 29 Rangkaian skematik system timbangan badan bersuara 50
51 Mikrokontoler dihubungkan dengan optocoupler melalui PORT C mikrokontroller tepat di Pin C.2,3,4 dan 5, serta sebuah ground. Selanjutnya mikrokontoler akan mengaktifkan optocoupler sebagai saklar untuk memanggil data dalam MP3 player sesuai dengan data yang masuk dari ADC. Optocoupler yang aktif akan diberi logika high 1 dan mengaktifkan salah satu tombol MP3 player(saklar tertutup). Dan yang lain tetap pada logika 0 atau mati ( saklar terbuka). MP3 player akan aktif sesuai input yang diberikan Optocoupler dan mengeluarkan suara hasil pengukuran beban melalui speaker. Setelah sekali proses pengukuran selesai timbangan berada pada skala nol PORT A-0 juga berada dilevel tegangan 0,07 volt rangkaian optocoupler terbuka maka system tidak bekerja atau berhenti.
52 START BEBAN POTENSIOMETER MENGKONVERSI NILAI TEGANGAN SESUAI BEBAN MIKROKONTROLLER ATMEGA32 MENGAKTIFKAN OPTOCOUPLER MELALUI PORT C (0-3) MP3 PLYER MENGELUARKAN SUARA MELALUI SPEAKER SELESAI Gambar 30. Diagram alir kerja timbangan badan bersuara berbasis mikrokontroler ATMega32 3. Rancangan Perangkat Lunak Setelah selesai membuat rancangan mekanik dan rancangan instrrumentasi elektronik, selanjutnya bagian yang sangat penting dalam pembuatan tugas akhir ini adalah pembuatan perangkat lunak. Pada bagian perancangan perangkat lunak ini berfungsi untuk mengendalikan keseluruhan sistem dari alat. Perangkat lunak
53 ini berisikan program yang nantinya disimpan didalam mikrokontroler, sehingga mikrokontroler melaksanakan perintah-perintahnya secara otomatis sesuai dengan urutan program yang dibuat. Untuk mendukung perancangan ini penulis menggunakan software avrstudio dengan bahasa yang digunakan yaitu bahasa C. Perangkat lunak yang direncanakan untuk mikrokontroler ATMega32 mempunyai fungsi sebagai berikut : a. Menerima data (input) dari potensiometer b. Menampilkan pengukuran ke dalam LCD c. Mencacah jarak yang terukur dari pergeseran pegas dan mengklasifikasikan sesuai skala berat timbangan d. Mengendalikan optocoupler sebagai switch MP3 player untuk menjalankan perintah sesuai sinyal yang dikirim oleh potensiometers 1. AVR STUDIO4 Script program ditulis pada avr studio4 mengunakan bahasa C. terdapat dua menu untuk bentuk project penulisan Script menggunakan avr studio4 yaitu Atmel AVR assembler dan AVR GCC, Atmel AVR assembler digunakan untuk bentuk bahasa pemogramman assembly sedangkan AVR GCC digunakan untuk bentuk pemrograman bahasa C.
54 Pada pengerjaan perangkat lunak ini digunakan project type AVR GCC. Beberapa program yang dituliskan disini adalah : a. Pemrograman pengujian port mikrokontroller ATMega32 b. Pemrograman ADC c. Pemrograman LCD d. Program pengelompokan range data pergeseran jarak pegas sesuai ketelitian beban e. Pemrograman pengendalian MP3 player Setelah program-program ini ditulis dilakukan compile atau running script ketika running program sukses tanpa kesalahan selanjutnya dilakukan pengiriman data program kemikrokontroller ATMega32 melalui komunikasi serial. Perlakuan ini biasa disebut download. Proses ini menggunkan software ponyprog 2000, dengan melakukan beberapa penyesuaian diantaranya melakukan kalibrasi, setting I/O dan memilih divais mikrokontroller yang digunakan. Setelah itu proses download bias dilaksanakan. 2. Software Ponyprog 2000 Software ponyprog 2000 adalah sebuah system perangkat lunak yang digunakan untuk mengunggah program yang telah kita buat pada avr studio kedalam chip mikrokontroller. Dalam penggunaanya perangkat lunak ini perlu dilakukan kalibrasi dan pengaturan input/output yang kita gunakan serta jenis downloadernya.
55 3. Deptrace dan Proteus Deptrace dan Proteus digunakan untuk merancang skematik dan layout sirkuit elektronik seperti power supply, sirkuit sensor ping ke mikrokontroler dan pengendali utama system. 3. Data Rekam Suara Dalam proses perekaman suara ini MP3 player hanya dipergunakan sebagai media penyimpanan dan eksekusi data, mode perekaman data dilakukan dengan merekam angka-angka, satuan bilangan, satuan besaran, kata hubung koma dan karakter special. Perekaman suara dilakukan dengan menggunakan Mic, Personal computer, free software MP3 karaoke player dan MP3 Gain. File data rekam suara ini disimpan dalam format *. mp3.